机械参数,负载,摩擦,惯量
步进电机系统(驱动器和电机)的性能高度依赖于机械负载参数。负载是定义为电机所驱动的,一般是指摩擦,惯量或两者的组合。
摩擦力由于表面的凹凸不平、相互摩擦而产生的对运动的阻力。摩擦力是一个常数与速度相乘。在整个步进过程中,需要**小的力矩(至少等于摩擦),来克服当前的摩擦力。增加摩擦负荷,将降低比较大速度和加速度,增加了矩角误差。如果磨擦负载降低将得到相反的结果。
惯量是抵抗变化速度的。一个高惯性负载要求一个高惯性力矩和同样的适用于制动。增加一个惯性负荷将增加速度的稳定性,增加所需的时间以达到所希望的速度和减少比较大的自启动脉冲速率。如果惯量降低则得到相反的结果。
步进电机的转子振动将随摩擦力和惯性负载的大小而变化。由于这种机械阻尼装置,不必要的转子振荡可以减小。通常采用更为简单的电子阻尼的方法,以减少这些不必要的振动例如把整步驱动变为半步驱动。 深圳正规步进电机绕线
步进电机的优点和缺点
优点:1.电机的旋转角度与输入脉冲成正比。
2.当绕组通电时,电机转矩处于完全静止状态。
3.因为良好的步进电机的准确度为3%-5%,而且不会将误差从一个步骤累计到下一步,所以步进电机能够精确定位和重复性地运动。
4.对启动/停止/换向有极好的反应。
5.因为没有接触到电机上的电刷,所以它非常可靠。电机的使用寿命**依赖于轴承的寿命。
6.电机对数字输入脉冲的响应提供了开环控制,这样使电机能够更简单和低成本的控制。
7.负载直接耦合到轴,可以实现非常低速的同步旋转。
8.当速度与输入脉冲的频率成正比,可以实现更大范围的旋转速度。
缺点:1.如果不恰当地控制可能会产生共振。
2. 如果速度太快则不易操作。 深圳正规步进电机绕线
通常情况下,PM电机有12个极对数,即定子每相具有12个极对。混合型步进电机有一个带齿的转子,该转子被分成两部分,由永磁隔开,使一半的齿成为南极,另一半成为北极,而转子的极对数量就等于任何转子齿数的一半。为了建立一个较高的等效磁极数,混合型电机的定子极也有齿(对于较小的极距,等效磁极数=360/齿距)。与等效磁极比较,基本的极上是有绕组缠绕的。通常4个主极适用于3.6度的电机,而8个极适用于1.8和0.9度类型的电机。
转子极数、等效定子磁极数和相数的关系式之间决定了步进电机整步时的步距角。
步距角=360 ÷(NPh ×Ph)=360/N
NPh =每相等效磁极数相位=转子极数
Ph=相数 N =各相磁极数之和
如果在转子和定子的齿距是不相等的,则存在更为复杂的关系式。
尺寸和功率
除了根据步进电机步距角分类之外,步进电机也根据电机对应的直径的整体尺寸来分类。例如,一个大小为11的步进电机的直径约1.1英寸。同样大小23的步进电机具有机身直径为2.3英寸(58毫米)。然而整体大小相同的步进电机由于属于不同的机型,在机身长度上可能会有变化。一般而言,某一个特定尺寸的电机的可用输出力矩会随着机身长度的增加而增加。
步进电机的驱动IC的功率范围通常由对非常小的电机的低于1瓦特到对大型电机的10-20瓦特。在电机制造商的数据里,电机的比较大功耗水平和热极限很少明确提出。为了证明这一点,我们必须应用的关系为:P= V×I。例如,大小为23的步进电机,每阶段额定电压、电流为6V和1A。因此,与两个阶段通电两相电源的电机的额定功耗为12瓦。测量步进电机的热量挥发水平的通常做法是,在静止的空气中,让电机的热量上升到65°C。如果给电机安装散热装置,通常可以增加允许功耗水平。这一点很重要,因为电机的设计要求它应该在尺寸、输出功率和成本的角度来有效地利用其比较大功耗。
步距角精度
步进电机作为一款定位设备取得了如此受欢迎的原因之一是它的精度和可重复性。通常步进电机的步距角精度达到每步的3% - 5%。这个误差不是一步一步累积的。步进电机的精度主要受它的零件精度和装配的影响。图5示出了典型步进电机的矩角精度。
a.步矩角误差
当电机从先前位置旋转到下一步时产生的比较大正向或负向误差
步矩角误差=测量步矩角 - 理论角度
b.定位误差
电机从初始位置步进N次(N= 360°/步矩角),测量每一步到初始位置的角度。如果第N步的位置到初始位置的角度为ΘN,误差是ΔΘN,则:
ΔΘN = ΔΘN - (步矩角) ×N。
尽管位置误差是比较大值和**小值之间的差异,但通常表示为±符号。即为:
位置误差= ±1⁄2( ΔΘMax - ΔΘMin)
c.迟滞位置误差
在两个方向测量中获得的误差值。
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旋转磁场
当一相绕组的步进机电动机通以激励电流时,就会产生磁通,该磁通的方向是由“右手规则”决定的。“右手规则”规定:“如果磁力线垂直进入右手,四指所指向的方向为导线中感应电流的方向,大拇指所指向的方向则为磁场方向。”
图2显示出的磁通路径走向,B相通电时绕组电流方向如图所示。转子控制自身使磁通的阻抗**小化。在这种情况下的电动机将顺时针方向旋转,这样它的南极与北极对齐的定子B在位置2,北极与南极对齐的定子B在位置6。为了让电机转动,我们现在可以看到,我们必须提供一系列的激励定子绕组,提供一个旋转的磁场场,在磁吸力的作用下,带动定子转动。 深圳正规步进电机绕线
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